NRF 기초연구 라이브 신병하 교수 인터뷰
1. 자기소개 부탁드립니다.
안녕하세요 저는 현재 카이스트 신소재공학부에 근무하고 있는 신병하 교수입니다.
KAIST 부임 이전에는 IBM 왓슨 연구소에서 범용 무독성 원소로 이루어진 「CZTS」라고 불리는 Cu2ZnSnS4 황하물 태양전지의 연구를 하고 있었습니다.
2014년 2월 KAIST 부임 이후에는 할라이드 페로브스카이트 태양전지, 발광소자 다이오드, 칼코젠 및 질화물 기반 박막 태양전지용 재료 개발, 광전기 화학에너지 변환에 관한 연구를 진행하고 있습니다.
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2.현재 진행되고 있는 중견연구에 대해 시작한 배경과 연구의 주요 내용을 설명해 주세요.
이 그룹 연구의 주요 연구 주제의 하나인 하 라이드·페로브스카이트 태양 전지는 현재 세계 최고 효율이다 25%를 넘는 눈부신 발전을 거듭하고 있습니다.
그러나 단일 태양 전지로는 30%초반의 한계 효율을 넘어설 수 없다는 충격 리·크와이자ー(Shockley-Queisser)이론이 존재합니다.
이를 극복하기 위해서 2개 이상의 태양 전지를 적층 형태로 연결하는 탠덤 태양 전지의 개발이 필요하므로 관련 주제로 중견 연구를 시작하게 되었습니다.
특히 페로브스카이트와 텐덤 태양 전지를 만들기 위한 하부 세포로, 현재 상용화되는 실리콘과 CIGS로 불리는 Cu(In, Ga)Se2태양 전지를 선택했습니다.
연구의 주요 내용은 상부 셀”페로 부스 카이토”와 하부 세포인 “CIGS”태양 전지의 효율을 각각 높이는 이 두가지를 효율 저하시키지 않는 intefration(완성) 하는 기술 개발을 진행하고 있습니다.
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3. 연구를 통해 이루고자 하는 목표는 무엇입니까?
페로브스카이트는 얼음, 수분, 산소 등 외부 환경에 민감하게 반응하는 낮은 안정성 문제가 있습니다.
우리 연구진은 새로운 음이온을 가진 첨가제를 도입해 페로브스카이트의 효율을 높이는 동시에 안정성도 확보했습니다.
아울러 개발한 페로브스카이트 물질을 상용화된 기술인 실리콘 태양전지에 적층해 최고 수준인 26.7%의 광변환 효율을 가진 탠덤 태양전지 제작도 성공했습니다.
남은 연구 기간 동안 기술을 더욱 발전시켜 효율과 안정성을 더욱 개선하고 단일 태양전지로는 달성이 어려운 30% 이상의 초고효율 태양전지를 탠덤 기술로 구현함과 동시에 페로브스카이트 상부셀의 구동 안정성을 향상시키는 것을 목표로 하고 있습니다.
4.유기 하이브리드 페로브스카이트 물질을 광범위한 광전자 소자 분야에 응용해 어떤 기대를 가질 수 있을까요?
페로브스카이트를 빛을 흡수하는 물질(태양전지) 뿐만 아니라, 빛을 만들어 내는 물질(발광소자)에의 응용 연구도 진행하고 있습니다.
특히 발광층으로서의 페로브스카이트는 발광파장(즉, 발광색) 조절이 용이하고 색 순도가 매우 높은 큰 장점이 있어 차세대 발광소자로서 큰 잠재력을 가지고 있다고 생각합니다.
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5.향후 재생에너지 산업 전 분야에 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다.
교수님의 의견을 알고 싶습니다.
탄소 중립을 달성하기 위해서는 태양광과 같은 재생 가능 에너지의 역할이 매우 클 수밖에 없습니다.
아직 재생 가능 에너지 가격이 화석 연료 기반 전기보다 상대적으로 높고 전력 생산의 간헐성 때문에 확장성에 제한되어 있습니다.
그러나 신재생에너지 기술의 발달과 학습곡선(learning curve)이라 불리는 대량화로 인해 가격절감에 따른 신재생에너지원의 비용이 낮아지고 있으며, 물분해에 의한 수소생산과 같은 화학에너지로의 저장을 통해 간헐성도 해결될 것으로 생각됩니다.
그러기 위해서 저와 같은 연구자들이 기술 개발에 임하고 있습니다.
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6.연구자로서 기초연구사업에 대한 의견을 들려주세요.많은 과학기술이 당장 어디에 적용될지 목표는 분명하지 않지만 시간이 지남에 따라 큰 효용을 발견하는 경우가 많습니다.
기초연구사업은 눈앞을 보기보다는 장기적으로 큰 리턴을 가져올 고위험 연구를 장려했으면 합니다.
한국연구재단기초연구기초공감7.마지막으로 교수님의 연구분야에 대해서 기초연구가 진행되어야 할 방향은 무엇일까요?태양전지 분야의 경우 태양전지 소자의 광전환 효율이 가장 중요한 파라미터로 모든 연구자의 관심사입니다.
다만 효올에만 집중하다 보면 물질 특성이나 합성공정의 기초적인 이해 없이 소자 제작과 효율 향상에만 매몰될 수도 있습니다.
장기간으로 보면 현재 소자 성능의 발전이 조금 늦게 보여도 정확한 물성 측정과 같은 기초 연구를 통해서 결국은 더 큰 열매를 얻을 수 있을 것 같습니다.
일례로 우리 그룹에서도 IBM과 공동 연구를 통해 빛 조사함에서 다수 전하뿐만 아니라 소수 전하의 수송 특성을 측정할 수 있는 포토홀 기술을 개발했습니다.
이를 통해 페로브스카이트의 물성에 대한 보다 깊은 이해를 할 수 있었고, 이는 더 나은 소자 제작으로 이어지는 것을 경험했습니다.
한국연구재단 기초연구기초공감사진출처 : KAIST 신소재공학과일례로 우리 그룹에서도 IBM과 공동 연구를 통해 빛 조사함에서 다수 전하뿐만 아니라 소수 전하의 수송 특성을 측정할 수 있는 포토홀 기술을 개발했습니다.
이를 통해 페로브스카이트의 물성에 대한 보다 깊은 이해를 할 수 있었고, 이는 더 나은 소자 제작으로 이어지는 것을 경험했습니다.
한국연구재단 기초연구기초공감사진출처 : KAIST 신소재공학과함께하는 기초연구, 함께 여는 기초공감함께하는 기초연구, 함께 여는 기초공감